【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 真結(jié)果的正確性。圖11 16QAM調(diào)制模塊的功能仿真結(jié)果 16QAM解調(diào)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)解調(diào)實(shí)質(zhì)上是調(diào)制的逆過程，在本文設(shè)計(jì)中16QAM的解調(diào)主要完成電平判決和符號(hào)逆映射的過程，即解調(diào)模塊接收來自上一模塊的觀察值，判斷其應(yīng)映射至lJ星座圖上的某一點(diǎn)，從而恢復(fù)其碼字，井經(jīng)過并串變換得到串行的二進(jìn)制比特流。圖12為本文解調(diào)模塊的結(jié)構(gòu)圖。圖12 16QAM解調(diào)模塊的結(jié)構(gòu)圖為了減少計(jì)算量，在解調(diào)模塊的符號(hào)判決中采用一種不完全的最大似然方法。如圖12所示，首先判斷觀察值所屬的象限，之后在所確定的象限內(nèi)再利用最大似然的方法，逐一計(jì)算該觀察值與該象限內(nèi)4個(gè)映射點(diǎn)的歐式距離，調(diào)用排序模塊來計(jì)算此4個(gè)距離中的最小值，確定與觀察值踐離最近的星座點(diǎn)，與圖9的星座圖相對(duì)應(yīng)，該點(diǎn)的碼字即為該觀察值的符號(hào)判決結(jié)果。最后通過并串變換將得到的映射碼字轉(zhuǎn)化為串行的比特流輸出。對(duì)于觀察值坐落在坐標(biāo)軸上的特殊情況，本文中約定水平軸的正負(fù)半軸、垂直軸的正負(fù)半軸分別屬于第1，第4，第3,第2象限。對(duì)于觀察值與某兩個(gè)星座點(diǎn)的距離相等的情況，約定取距離坐標(biāo)軸近的那個(gè)點(diǎn)為映射點(diǎn)。表4 16QAM解調(diào)模塊的功能驗(yàn)證數(shù)據(jù)如表4所示，分別在四個(gè)象限內(nèi)各取一個(gè)觀察值，對(duì)該解調(diào)模塊進(jìn)行功能驗(yàn)證，得到的仿真結(jié)果如圖13所示。其中clk為解調(diào)數(shù)據(jù)輸入時(shí)鐘，clk4為比特輸出時(shí)鐘，clk4的時(shí)鐘頻率是clk的4倍，信號(hào)sqam為映射的符號(hào)碼字，信號(hào)yout為經(jīng)過并串變換之后的串行比特流，可以看到，得到的仿真結(jié)果與表4中的理論值完全吻合，從而可以確定該解調(diào)模塊功能正確。圖13 16QAM解調(diào)模塊的功能仿真結(jié)果4 64QAM調(diào)制解調(diào)的FPGA實(shí)現(xiàn) 64QAM調(diào)制的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)64QAM映射的實(shí)現(xiàn)過程，首先將基帶信號(hào)經(jīng)過串并變換后轉(zhuǎn)換為兩路并行信號(hào)，每一路并行數(shù)據(jù)流的寬度為3比特，其中高位的l比特決定映射到哪一個(gè)象限，低位的2比特決定在每一個(gè)象限內(nèi)的映射位置，每一路分別采用格雷編碼技術(shù)。，, v，其中的電平值用8位補(bǔ)碼表示，考慮到系統(tǒng)中其他模塊的運(yùn)算精度要求，這8位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示中，第1位為符號(hào)位，2一4位為整數(shù)位，后4位表示小數(shù)。星座點(diǎn)映射關(guān)系如表5所示。表5拼QAM星座點(diǎn)映射關(guān)系表5 64QAM星座點(diǎn)映射關(guān)系按照表5所示的星座點(diǎn)映射關(guān)系，就可以得到本文中的64QAM的星座映射圖如圖14所示。圖14 64QAM的星座映射圖從圖14可以看出，因?yàn)椴捎昧烁窭拙幋a，相鄰碼字之間只有l(wèi)比特不同，圖15為輸入比特流為｛100111一01011_101100_000000,．…｝時(shí)。輸入數(shù)據(jù)流在比特時(shí)鐘。lk的作用下輸入，經(jīng)過串并變換和符號(hào)映射映射為數(shù)據(jù)符號(hào)在輸出時(shí)鐘clk6下輸出，時(shí)鐘clk6是時(shí)鐘clk的六分頻，這兩個(gè)時(shí)鐘都由系統(tǒng)的時(shí)鐘分頻模塊產(chǎn)生。為了與下一個(gè)模塊的時(shí)序?qū)R，使用dvahd信號(hào)作為數(shù)據(jù)有效標(biāo)志信號(hào)。1,Q兩路的符號(hào)映射結(jié)果組合后由一個(gè)16位的信號(hào)yout輸出，參照?qǐng)D14的星座映射規(guī)則，可知該64QAM符號(hào)映射模塊仿真結(jié)果的正確性。圖15 64QAM符號(hào)映射模塊仿真結(jié)果 64QAM解調(diào)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與16QAM的解調(diào)一樣，64QAM的解調(diào)其實(shí)質(zhì)也是完成電平判決和符號(hào)逆映射的過程，即解調(diào)模塊接收來自上一模塊的觀察值，判斷其應(yīng)映射到星座圖上的某一點(diǎn)，從而恢復(fù)其碼字，并經(jīng)過并串變換得到串行的二進(jìn)制比特流。與16QAM不同，64QAM的星座圖點(diǎn)數(shù)較多，即使采用上節(jié)所述16QAM的不完全的最大似然方法，運(yùn)算復(fù)雜度和消耗的片上資源也比較多，所以對(duì)于64QAM的電平判決，通過根據(jù)倒推64QAM的星座映射規(guī)則，分別由觀察值的象限和實(shí)部、虛部的幅度值來判斷該映射符號(hào)在星座圖上的位置。判決原則為，觀察值的象限決定逆映射結(jié)果的前兩位，實(shí)部的大小決定映射結(jié)果的第3位和第5位，虛部的幅度值決定映射結(jié)果的第4位和第6位。圖16為該判決規(guī)則的示意圖，按照上述映射規(guī)則，落在圖中陰影區(qū)域的點(diǎn)將映射為｛001011｝。圖16 64QAM的星座圖確定了輸入判決符號(hào)即觀察值在星座映射圖上的位置之后，通過一個(gè)快時(shí)鐘將得到的6比特符號(hào)串行輸出，整個(gè)64QAM逆映射設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的RTL編碼流程如圖17所示。當(dāng)該逆映射模塊接收到一個(gè)觀察值，首先取出該觀察值的實(shí)部、虛部的符號(hào)，并計(jì)算該觀察值的實(shí)部、虛部的絕對(duì)值大小。之后根據(jù)觀察值所在的象限判定映射符號(hào)的前兩位，根抓實(shí)部絕對(duì)值的大小判定映射符號(hào)的第3,5位，根據(jù)虛部絕對(duì)值的大小判定映射符號(hào)的第4,6位。得到映射符號(hào)的6位判決結(jié)果之后利用快時(shí)鐘將此6比特?cái)?shù)據(jù)串行輸出。判決過程中，對(duì)于處于臨界值的點(diǎn)，取靠近坐標(biāo)軸的結(jié)果。圖17 整個(gè)64QAM逆映射設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的RTL編碼流程從圖17中可以看出，定時(shí)等待、取實(shí)部和虛部的符號(hào)與計(jì)算實(shí)部、虛部的絕對(duì)值的RTL代碼是并行執(zhí)行的，這也是verilog硬件描述語(yǔ)言的主要特點(diǎn)之一。圖17種的兩個(gè)陰影模塊所示的分別為第1,2比特和第3,4,5,6比特的判定，這兩部分的RTL編碼流程分別如圖18和19所示。如圖18所示，通過判定觀察值的實(shí)部和虛部的符號(hào)來判定前兩個(gè)比特的值。若實(shí)部為lT.，則第！個(gè)比特為O，否則第1個(gè)比特為1。若虛部為正，則第2個(gè)比特為O，臺(tái)則第2個(gè)比特為1。圖18 64QAM解調(diào)1,2比特的判定RTL編碼流程在圖19中，通過判定觀察值絕對(duì)值的大小來判定第3,4,5,6比特的值。實(shí)部的絕對(duì)值決定第3,5比特的值，虎部的絕對(duì)值決定第4,6比特的值。具體的判決規(guī)則與圖16一致。圖19 64QAM解調(diào)3,4,5,6比特的判定RTL編碼流程分別在四個(gè)象限內(nèi)各取兩個(gè)觀察值，對(duì)該64QAM解調(diào)模塊進(jìn)行功能驗(yàn)證。表6示出了在各個(gè)象限的取值、在Modelsim的測(cè)試激勵(lì)中這些值的十六進(jìn)制表示以及理論上的判決結(jié)果。圖6 64QAM解調(diào)校塊功能驗(yàn)證數(shù)據(jù)將表6中的觀察值作為輸入，得到的該64QAM模塊的功能仿真結(jié)果如圖20所示。其中clk為解調(diào)數(shù)據(jù)輸入時(shí)鐘，clk6為比特輸出時(shí)鐘，clk6為的時(shí)’鐘頻率是clk的4倍，這兩個(gè)時(shí)鐘都由系統(tǒng)的時(shí)鐘控制模塊產(chǎn)生。信號(hào)yout為映射的符號(hào)碼字，信號(hào)dataout為經(jīng)過并串變換之后的串行比特流輸出，信號(hào)dv為解調(diào)輸出信號(hào)有效的指示信號(hào)。從圖中可以看到，得到的仿真結(jié)果為｛010010｝，{001010}，{101011},｛110101},…，與表6中的理淪值完全吻合，從而可以確定該解調(diào)模塊功能正確。圖20 64QAM解調(diào)模塊的功能仿真結(jié)果5 .MC一COMA調(diào)制解調(diào)的硬件實(shí)現(xiàn)在MIMO環(huán)境一「，為有效可靠地支持?jǐn)?shù)據(jù)速率為數(shù)十兆bit/s甚至數(shù)百兆bit/s的全I(xiàn)P高速分組數(shù)據(jù)傳輸，必須采用多載波并行傳輸技術(shù)。多載波方案應(yīng)當(dāng)能夠適于各種多天線環(huán)境，抵抗諸如多徑干擾、衰落、頻偏和多普勒頻移、同步與定時(shí)偏差以及多用戶干擾等各種信道干擾和失真，更易于擴(kuò)展帶寬和支持可變的用戶速率。根據(jù)MC一CDMA調(diào)制解調(diào)的基本原理，在本文的方案設(shè)計(jì)中將其調(diào)制過程劃分為符號(hào)復(fù)制，頻域擴(kuò)頻，載波調(diào)制三個(gè)功能模塊，解調(diào)過程劃分為載波解調(diào)，解擴(kuò)和頻域合并三個(gè)功能模塊?？紤]到代碼的整齊和運(yùn)算速度的要求，在設(shè)計(jì)中采用了流水線操作進(jìn)行；材示處理，在必要的情況下，又將各功能模塊再分為幾個(gè)子模塊，具體的功能模塊框圖如圖21所示。圖21 MC一CDMA調(diào)制解調(diào)功能模塊框圖根據(jù)需求，本文設(shè)計(jì)方案的子載波數(shù)為32，擴(kuò)頻碼由長(zhǎng)度為32的OVSF碼發(fā)生器產(chǎn)生，通過設(shè)置OVSF碼發(fā)生器的參數(shù)，可以選擇32種不同的碼字中的一種進(jìn)行擴(kuò)頻來區(qū)分不同用戶的數(shù)據(jù)。各個(gè)模塊之間的時(shí)序關(guān)系通過ens等控制信號(hào)來實(shí)現(xiàn)，前端模塊運(yùn)算完成才觸發(fā)后端模塊，從而實(shí)現(xiàn)流水線操作。從圖中可以看到，調(diào)制器與解調(diào)器結(jié)構(gòu)上相對(duì)應(yīng)的各個(gè)模塊之間，在功能上是相反的逆過程，下面詳細(xì)介紹各模塊的具體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法。實(shí)現(xiàn)MC一CDMA調(diào)制功能的程序結(jié)構(gòu)如圖22所示。該圖說明了實(shí)現(xiàn)MC一CDMA調(diào)制的所有程序模塊之間的關(guān)系和信號(hào)流程。其中MC一CDMA模塊為項(xiàng)層模塊，第二行的三個(gè)函數(shù)為一級(jí)子模塊，第三行的函數(shù)為二級(jí)模塊。進(jìn)入MC一CDMA調(diào)制器的數(shù)據(jù)符號(hào)首先經(jīng)過N次復(fù)制，本文系統(tǒng)中N=32,Copy32子程序模塊即用于實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制中的符號(hào)復(fù)制功